טכנולוגיות למניעת הריון מהוות את עמוד השדרה של מערכות הגנה תרמיות מודרניות (TPS) בהנדסת אווירוקל, המאפשרות חלליות, כלי רכב נכנסים, כלי רכב של טילים, ומטוסים מהירים כדי לשרוד טמפרטורות שאחרת יתמוססו או ינקוו את החומרים הקונבנציונליים. במהלך כניסה אטמוספירית, מהירויות גבוהות יותר מאך מייצרות מעל 2,500 מעלות צלזיוס (4,500 מעלות צלזיוס), הרבה מעבר לנקודות הגורמות להפחתה של מתחמי מתכת ופציעות גבוהות יותר, וירידה מהירה של חומרים כימיים, וירידה מהירה יותר.

הבנת טכנולוגיה: מכניזם וקרנות

בליבתו, הביטול הוא תהליך תרמודינמי שבו החומר מוסר משטח באמצעות שילוב של התכה, נפיחות, נשגב, נשגב, ופירוק כימי.ביישומים אווירקלל, חומרים מוליכים מנדסים כדי לעבור שינויים אלה בצורה צפויה, אחידה.מגם החום סופג אנרגיה באמצעות שלושה מנגנונים עיקריים: חום הגיוני (התחממות החומר לטמפרטורה מוצקה או רטיקולגנציה מאוחרת), כגון שינוי חום).

עקבו אחרי Subliming Ablators

שתי קטגוריות רחבות שולטות ב-Aerospace ablation. Charring a fibros, כולל חיזוק של פיברוזיס (למשל, בד פחמן, סיליקה, או סיבים קרמיקה הבאים) מופרשים עם רזין אורגני, כגון phenolic או epolicing חומרים כגון קרמיקה (מזרקה) על ידי משככי חום גבוה (Desnapolizes) כדי ליצור שכבת ⁇ הידוע כי הם עדיין ⁇ scarcerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecea) ו-atragíatragíatragía ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

העברה חמה והפסדים המונים

יעילותו של TPS אינטגרטיבית היא כפיית חום של הדבקה - האנרגיה הכוללת נספגת לכל יחידת המסה של חומר הוסר.ערכים אופייניים טווח בין 5 ל 20 מ"ג / ק"ג, בהתאם לחומר ולסביבה.התהליך כולל גם אינטראקציות מורכבות מבניות נוזל: מוצרי הדחיסה (גז, טיפות מלוט) יכולים להגיב עם הזרם הנכנס, צמצום נוסף של חום שטף (Fm) מאפשר קיבולת חישובית מדויקת של Cp) עם Cp) או הגנה מדויקת של Cp (מ"מ"מ"מ) עם Cp) עם CAT) עם CDR (מתאים קריטיים (מתקני לחץ דם) עם CDR) עם CLLCRE) עם CAT) עם קיבולת טיפול מינימלית משקל מינימלית (מ-D2 (מתקני לחץ דם קריטיים).

סוגים של חומרים למניעת הריון: מקלאסיקות ועד ל-Comosites מתקדמות

בחירת חומר אינטגרטיבי תלויה במגבלות תרמיות, מכניות וסביבתיות ספציפיות של היישום. מעל עשרות שנים של פיתוח אווירופייס, מגוון רחב של חומרים צמח, כל אחד עם יתרונות נפרדים.

פחמן-פונצ'טים

אלה הם העורכים של מרקם טילים nozzle ablatives. Carbon-phenolic (C-P) משלב מחזורים סיבי פחמן גבוהים סטריאנט עם ממטריקס phenolic resin chars בטמפרטורות גבוהות, ויצרו מחזורים חזקים, מעצימים פחמן כי מתנגדים אפילו תחת תנאי ממצה אגרסיביים של phenolic Space's להשתמש ב- Cpene חזק, אך לא יכול להיות מופעל על ידי פחמן Cpc מופעל לחץ דם חזק, אבל הוא חזק, אך ורק לאחר לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, אבל לא יכול להיות מופעלת לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזרות לחץ דם חזק, 000

סודיות מבוססת Ablatives

סיליקון elastomers מלא קרמיקה או מיקרוספירות זכוכית טופס ציפוי גמיש, בקלות תהליךable ablative. הם משמשים לעתים קרובות מגן חום חיצוני עבור קפסולות כניסה מחדש ועל פני מכוניות hypersonic המוביל הקצוות.סיליקון decomposes כדי ליצור כריז כי הוא מאוד אקריבי (חום מרוחק) ו קוגניציה מכנית, צמצום מתח תרמי של פחמן שלילי זה נעשה שימוש בשכבת חומר מכנית) אבל הם משתמשים בשכבת מתכת כהה יותר חום כהה (Vicated טמפרטורה) אבל הם חומרים מורכבים).

פולימד סרטים ו- TPS גמישים

פולימונים כגון קטון משמשים בגליון רב-שכבות (MLI) וכשכבות חיצוניות עבור משווקים מנופחים, בעוד לא ממש ablators במובן של הסרת חומרים מרובים, סרטים פולימידיים יכולים כריז בהדרגה erode תחת קרינה UV וחמצן אטומי במסלול כדור הארץ נמוך.

Ceramic ו Ultra-High טמפרטורה Ceramics (UHTCs)

עבור טמפרטורות ארוכות מעל 2,000 מעלות צלזיוס שבו אובדן המוני של ablation חייב להיות מינימלי, UHTCs כמו zirconium diboride (ZrB2) ו Hafnium carbide (HfC) משמש חומרים אלה חמצון לאט, להרכיב oxides הגנה חמצני הגנה מפני לא התחממות מהירה.

קורק וווד-דרטיביים

באופן מפתיע, תרכובות טבעיות של קורק שימשו במגינים חמים של כניסה לצליל רקטות וקפסולות קטנות.קורק pyrolyzes כדי ליצור char והוא מאוד קל משקל. X-38 של סוכנות החלל האירופית ואת ה-KSLV-1 הקוריאני השתמש לראשונה TPS מבוסס קורק.

יישומים קריטיים בהנדסת אוויר

רכבי Re-Entry ו- Crew כמוסות

היישום המפורסם ביותר של ablation הוא במגן החום של חלליות מאוישות.מודול פיקוד אפולו השתמש חומר Avat 5026-39 - epoxy-novolac resin מלא עם סימולים אחיקה וקורק - מוקצה לתוך מבנה חומר גרוטב של נאס"א (למרות כניסה מחדש, Abcoat charred ו- ejected גזים, שמירה על הטמפרטורה מתחת ל קרינת CX) משתמש בגרסאות מתקדמות יותר של ייצור של מאדים (RICX).

Rocket Nozzles and Combustion Chambers

חומרים חריגים הם הכרחיים ב nozzles רקטות, במיוחד מנועים מוצקים שבו exhaust מכיל חלקיקים מוצקים שגורמים שחיקה חמורה. nozzles מנוע הרקט המוצק של מעבורת החלל בשימוש צינורות פחמן-פנוביים אשר מחקו כמות צפויה כל טיסה ולאחר מכן הוחלפו.עבור מנועי נוזל, קוביטורטיבי משמשים בתאים של מנועי כמו RL10 ו-Xbx הפשוטים יותר מאשר מנועים קירור רגיל.

מטוסים היפרוזיים וטילים

כלי רכב מהירים כגון ה- SR-71 Blackbird וה-X-51A Waverider ניסיוני חווים חימום אווירודינמי חמור - עד 1,200 מעלות צלזיוס על הקצוות המובילים. בעוד ה- SR-71 השתמש ב- titanium ופאנלים קרמיקה עתירי עתיריים גבוהים, X-51 עברה בדיקות קרקעיות עם SiC-C-MC (מטריקס מורכב) ואור ציפויים תרמיים למניעת נזקי של צבא גרעיני, כמו גם מ-Fic-S.

כוכבי הלכת Probes and Landers

מעבר לכדור הארץ, טכנולוגיות למניעת הריון חיוניות לחקור אטמוספירה של כוכבי לכת אחרים.ההויגנס לוכדים לתוך האטמוספרה של טיטאן השתמש מגן חום מבוסס סיליקון מבוסס על בסיס סיליקון.המשימה המתקרבת לדרטאן תשתמש ב- PICA-based TPS. עבור ונוס, שיש לו אווירה צפופה, קורוזיבית, אטומים של Veneraers השתמש בשילוב של שילוב של חומרים גמישים ולחצים חזקים לשרוד את פני השטח.

היתרונות של Ablation Technologies: הנדסה & השפעות בטיחות

השימוש ב-Ablation אינו רק צורך; הוא מציע יתרונות הנדסיים ספציפיים שעצבו עיצוב רכב במשך עשרות שנים.

הגנה יוצאת דופן ב-קומפקטית

TPS יכול להתמודד עם גלי חום עד 1000 W / ס"מ עם דלקות חומר נמוך כמו 0.3 גרם / ס"מ3 (עבור מערכות מבוססות קורק) זה מאפשר הגנה קלה חום בהשוואה לרדינים קרים או לולאות קירור פעיל (אשר דורש משאבות, קווי נוזל, ורדיוators). מגן אורון, למשל, משקל של כ 920 ק"ג (כולל קפסולות סביבתיות), שהוא בערך 10% של סחר יעיל.

ייצור מבוזר ומבצע פסיבי

מגיני חום לא דורשים חלקים נעים, לא כוח, ואין מעגל קירור.הם פסיביים מטבעם, מה שהופך אותם אמינים מאוד תהליכי ייצור - כגון מנוחה, מאצ'ינג או ריסוס - הם מבוגרים ומובנים היטב, צמצום הסיכון לשילוב.מבחן במתקני קשת, חומרים אלה יש עשרות שנים של מורשת טיסה.

רובנס נגד תנאים לא-עיצוב

אם מסלול כניסה מחדש הוא תלול יותר מאשר מתוכנן (בשל טעות או כישלון), חום פלוקס עולה.תגובה TPS שלילי היא להגדיל את שיעור אובדן המסה, ובכך סופג יותר חום ולמנוע שריפה דרך. Reusable TPS (כמו אריחים קרמיקה על המעבורה) יכול להיכשל באופן קטסטרופלי אם החום עולה על גבול העיצוב, כפי שנראה בתאונה קולומביה (שם שביתה חומרית שגרמה נזק גדול יותר).

אופטימיזציה במשקל עבור Spacecraft

על ידי התאמה מדויקת עובי של שכבות ablative לטעון חום של trajectory, מהנדסים יכולים למזער את המסה מגן חום הכולל.זה יש יתרון מנקה: כל קילוגרם שנשמר על TPS להפחית את המסה יבשה, הדורש פחות דחף עבור ⁇ v נתון, או מאפשר עומס גדול יותר של PICA-X על Dragon, למשל, יש מסה של כ-150 ק"ג לקיבולת דומה של Acc-MA.

פיתוח עתידי: Next-Generation Ablation Technologies

הגבול של חומרים blative הוא הגדלת ביצועים תוך צמצום מסה, ומאפשר מערכות שניתן לשנות מחדש שבו ablation הוא מצמצם או מהפך.

ננו-חומרים-Enhanced Ablatives

ננו-בוטיקים (CNTs) וגרף הם משולבים בנוסחאות phenolic resin. A יפני ב JAXA פיתחה CNT-reinforced פחמן-phenolic מראה 30% שיעורי שחיקה נמוכים יותר ו-20% מוליכות תרמית גבוהה יותר של נאס"א מרכז המחקר Langley הראה חומר דמוי PICA עם oxide doping כי מגביר את העוצמה ה-N-ditures האלה גם עבור LTFactation נוסף: LTs: LTFactationerative Reductions: LTs: LTs: LTFal Reductions: LTFactation LTFer LTPSA גם משפר את הפחתת חומר דומה יותר ® LTFerf.

3D הדפסה של חומרים Ablative

ייצור אדקטיבית (AM) מאפשר צפיפות ואדריכלות ⁇ שניתן לייעל עבור עומסי חום מקומיים. חוקרים מאוניברסיטת דרום קליפורניה פיתחו שיטה לחלקי פחמן דו-פנוביים על ידי extruding a Paste of czen Carbon סיבים פחמן ו-phenolic rezzle resin, ואחריו ריפוי של 3D הדפסה מורכבת של גיאוגרפיות (למשל, משולב, משולבת, משתנה ללא גירוי פחמן / FLD) מתפתח גם עבור מעבדים מורכבים של פחמן DFD.

Bio-Inspired and Morphing Ablatives

הטבע מציע השראה: דיו דיו (מלנין) הוא מחסום ידוע UV סופגני תרמי. חוקרים חוקרים לחקור פולימרים סינתטיים דמוי מלנין עבור ציפויים. רעיון אחר הוא ביומטי זיעה קירור akin to Perspiration - העמידים ablatives exude a Coolant נוזל (למשל, מים או פתרונות אורגניים) מ ⁇ כאשר מקרר, ו-"רורגם פעיל" הוא קירור" סוכנות החלל האירופית.

מערכות יחסים חכמות / Adaptive

חיישנים Embedded (סיבים אופטיים, thermocouples) לתוך שכבת ablative יכול לדווח על קצב המיתון והטמפרטורה בזמן אמת.זה יאפשר שליטה טרמפטוריית הסתגלות - אם המגן נסוג מהר יותר מאשר צפוי, המכונית יכולה לשנות את זווית ההתקפה שלה כדי להפחית את גלי החום של גליקס.פרלופ סגור זה הוא מטרה לעתיד עבור מערכות כניסה למאדים, שבו אי הוודאות בדחיסות אטמוספירית גבוהה היא גבוהה.

המונחים: ablative Concepts

נסיגה גדולה של הגשמה מסורתית היא הטבע בשימוש יחיד.עם זאת, כמה חברות וסוכנויות חוקרות עבריינים בלתי הפיכים - חומרים שניתן לשחזר על ידי בחלל מחדש של פסים מכובש או על ידי יישום ציפוי חדש בין טיסות.לוחיות הכוכבים של SpaceX להשתמש נירוסטה כחום ראשוני עם כתמים אפשריים על פני השטח חם; זה יכול להחליף את עצמם מחדש של כלי רכב היברידית.

מסקנה

טכנולוגיות למניעת הריון נשארות אבן הפינה של הגנה תרמית אווירוקל, המאפשרות כלי רכב לשרוד את הסביבות הקיצוניות ביותר שניתן להעלות על הדעת.ממגן חום מלא של קפסולות מרקורי לתרכובות פחמן מתקדמות בטילים היפרוזיים מודרניים, התחום ממשיך להתפתח באמצעות חומרים, מודלים חישוביים ותוספים, כפי שהאנושות מחזירה לירח, מכין את מאדים, דוחפת את הגבולות החכמים, ועלולים להתאים רק לכדי מערכות חכמות יותר, ומאובטחות, יהיו זקוקים ל- 3 עשורים, ומאובטחות, רק לחום, ומאובטחות, רק ל- 3 עשורים, וגמישות, ו- 3, ו- 3 עשורים, יהיו צורךים, ו- 3, ו- 3 עשורים, ו- 3, כדי לשפר את הגמישות, ולהגדיל את מערכות חכמות יותר, ולהגדיל, ולהגדיל את הגמישות, ולהגדיל את מערכות חכמות יותר, ו- 3, ולהגדיל את הגמישות, יהיו צורך, ולהגדיל את מערכות חכמות, ולהגדיל את הגמישות, ולהגדיל את הגמישות, ולהגדיל את הגמישות, רק על גבי מערכות חכמות, יהיו צורך, רק על גבי מערכות חכמות יותר ויותר יעיל יותר, ולהגדיל את הגמישות, ולהגדיל את הגמישות, יהיו צורך ב- 3 חודשים, ולהגדיל את ה